CN114264295A - 一种利于光纤尾纤布置的小型双轴光纤陀螺仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利于光纤尾纤布置的小型双轴光纤陀螺仪。本发明在不增加双轴光纤陀螺体积的同时采用大直径光纤环的设计，能够使Y波导与耦合器安装于光纤环底座另一侧，能够在不增加双轴光纤陀螺体积的情况下将光纤尾纤顺畅的盘绕在光纤环底座上，有效解决了光纤尾纤盘绕困难，内部应力大的问题。同时，每个轴向的光纤环均配备了磁屏蔽罩，有效减小了Farady效应对双轴光纤陀螺性能的影响。本发明结构体积小、空间利用率高、加大发热元件与温度敏感元件光纤环的距离，有效减小了Shupe效应对双轴光纤陀螺性能的影响。
Description
技术领域
本发明涉及光纤陀螺设计技术领域，具体涉及一种利于光纤尾纤布置的小型双轴光纤陀螺仪。
背景技术
光纤陀螺仪是基于Sagnac效应工作的一种用于测量载体角速度的高精度惯性器件，具有寿命长、体积小、质量轻、测量范围大、精度范围广、无运动部件等特点，在航空航天、导弹制导等领域有广泛应用。由于环境温度、外界磁场、光纤环内部应力会对光纤陀螺仪中的敏感元件光纤环产生极大影响，Shupe效应与Farady效应产生的非互易相移会与载体旋转产生的Sagnac相移相叠加，从而影响光纤陀螺的精度。因此，在有限的空间内合理排布所有器件、增大空间利用率的同时，保证设计的结构利于器件散热与屏蔽外界磁场是至关重要的。现有的双轴光纤陀螺为了保证体积小而选用直径较小的光纤环，将Y波导与耦合器放置在光纤环侧边，但这样的结构在光纤尾纤布置时难以操作，并且会由于弯折角度过大在光纤内部产生应力，影响其精度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利于光纤尾纤布置的小型双轴光纤陀螺仪，能够在不增加双轴光纤陀螺体积的情况下将光纤尾纤顺畅的盘绕在光纤环底座上，且可有效减小了Shupe效应、Farady效应对双轴光纤陀螺性能的影响。
本发明的利于光纤尾纤布置的小型双轴光纤陀螺仪，包括基座、外壳、顶盖、光源组件、光纤环路和信号接受组件；
其中，所述光纤环路包括组光纤环底座、磁屏蔽外壳、光纤环、Y波导和耦合器，分别对应于Y轴和Z轴；其中，光纤环粘接于光纤环底座背面；磁屏蔽外壳安装在光纤换底座正面，并粘接于光纤环上；Y波导和耦合器安装在光纤环底座正面预设的凹槽中，并位于磁屏蔽外壳内；Y轴光纤环路中包括1个1×2耦合器和1个2×2耦合器，Z轴光纤环路中包括1个2×2耦合器；Y轴光纤环路和Z轴光纤环路分别安装在基座1的底面和侧板；其中，Y轴光纤环的两端尾纤分别与Y轴Y波导输出端的两根尾纤熔接，Y轴Y波导输入端尾纤与Y轴2×2耦合器的一个输出端尾纤熔接，Y轴1×2耦合器的一个输出端尾纤与Y轴2×2耦合器的一个输入端尾纤熔接，将光纤尾纤盘绕在Y轴光纤环底座的盘纤处；Z轴光纤环的两端尾纤分别与Z轴Y波导输出端的两根尾纤熔接，Z轴Y波导输入端尾纤与Z轴2×2耦合器的一个输出端尾纤熔接，将光纤尾纤整齐盘绕在Z轴光纤环底座的盘纤处；
所述光源组件包括光源底座以及安装在光源底座上的光源板和SLD光源；所述光源底座安装在Y轴光纤环底座上；
所述信号接受组件包括2组主板电路板和PINFET探测器，分别对应于Y轴和Z轴；Y轴主板电路板用铜柱安装于光源底座上；Y轴Y波导导线和光源板导线焊接于Y轴主板电路板上；Z轴主板电路板安装于铜柱上；Z轴Y波导导线焊接于Z轴主板电路板上；光源尾纤与Y轴1×2耦合器输入端尾纤进行熔接，Y轴2×2耦合器输入端尾纤与Y轴探测器尾纤熔接；Z轴2×2耦合器输入端尾纤与Z轴探测器尾纤熔接，将光纤尾纤盘绕在Y轴光纤环底座和Z轴光纤环底座的盘纤处。
较优的，所述光纤环采用环氧胶粘接在光纤环底座背面。
较优的，所述Y波导采用螺钉安装到光纤环底座的Y波导凹槽中。
较优的，所述耦合器采用硅橡胶粘接于光纤环底座的耦合器凹槽中。
较优的，采用熔点保护套管和紫外胶对所有光纤熔点进行保护。
较优的，所述光纤环底座上均匀设有便于光纤尾纤盘绕的挡板。
有益效果：
1)本发明在不增加双轴光纤陀螺体积的同时采用大直径光纤环的设计，能够使Y波导与耦合器安装于光纤环底座另一侧，令光纤尾纤顺畅的盘绕在光纤环底座上。有效解决了光纤尾纤盘绕困难，内部应力大的问题。
2)本发明结构体积小、空间利用率高、加大发热元件与温度敏感元件光纤环的距离，有效减小了Shupe效应对双轴光纤陀螺性能的影响。
3)本发明每个轴向的光纤环均配备了磁屏蔽罩，有效减小了Farady效应对双轴光纤陀螺性能的影响。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明去掉外壳和顶盖后的示意图。
图3为本发明去掉外壳、顶盖、光源组件与信号采集组件后的俯视图。
图4为本发明去掉外壳、顶盖后的左视图。
图5为本发明的剖视图。
其中，1-基座，2-外壳，3-顶盖，4-Z轴磁屏蔽外壳，5-Z轴光纤环底座，6-Z轴Y波导，7-Z轴2×2耦合器，8-Z轴保偏光纤光纤环，9-Y轴磁屏蔽外壳，10-Y轴光纤环底座，11-1×2耦合器，12-2×2耦合器，13-Y轴Y波导，14-Y轴保偏光纤光纤环，15-光源底座，16-光源，17-光源板，18-Y轴PINFET探测器，19-Z轴PINFET探测器，20-Y轴主板电路板，21-Z轴主板电路板，22-铜柱。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种利于光纤尾纤布置的小型双轴光纤陀螺仪，如图1～图5所示，包括壳体组件、光源组件、光纤环路组件与信号接受组件。其中，所述壳体组件由基座1、外壳2及顶盖3组成；所述光源组件由光源底座15、光源板17、1310nm保偏SLD光源16、通过螺钉固定于Y轴光纤环路上方；光纤环路组件分为Y轴光纤环路与Z轴光纤环路，Y轴光纤环路由Y轴光纤环底座10、Y轴磁屏蔽外壳9、Y轴保偏光纤光纤环14、Y轴Y波导13、1×2耦合器11和2×2耦合器12各一个组成，Z轴光纤环路由Z轴光纤环底座5、Z轴磁屏蔽外壳4、Z轴保偏光纤光纤环8、Z轴Y波导6、和Z轴2×2耦合器7各一个组成。通过螺钉分别相互垂直地固定于所述基座1的底面与侧板上；信号接受组件由两块主板电路板20、21与两个PINFET探测器18、19组成，通过带螺纹的铜柱22固定于光源模块的正上方。
本发明装置整体安装步骤如下：
第一步：所述Y轴光纤环路组件组装：将Y轴光纤环14用环氧胶粘接于Y轴光纤环底座10背面，将Y轴磁屏蔽外壳9粘接于Y轴光纤环14另一侧并卡在Y轴光纤环底座10边沿。将Y轴Y波导13用螺钉安装到Y轴光纤环底座10的Y波导凹槽中，将Y轴2×2耦合器12和1×2耦合器11用硅橡胶粘接于Y轴光纤环底座10的耦合器凹槽中。将Y轴光纤环14的两端尾纤与Y轴Y波导13输出端的两根尾纤进行熔接，将Y轴Y波导13输入端尾纤与Y轴2×2耦合器12的一个输出端尾纤进行熔接，将1×2耦合器11的一个输出端尾纤与Y轴2×2耦合器12的一个输入端尾纤进行熔接，用熔点保护保护套管与紫外胶对所有光纤熔点进行保护，将光纤尾纤整齐盘绕在Y轴光纤环底座10的盘纤处。可在光纤环底座上均匀设置三处便于光纤尾纤盘绕的挡板。
第二步：所述Z轴光纤环路组件组装：将Z轴光纤环8用环氧胶粘接于Z轴光纤环底座5背面，将Z轴磁屏蔽外壳4粘接于Z轴光纤环8另一侧并卡在Z轴光纤环底座5边沿。将Z轴Y波导6用螺钉安装到Z轴光纤环底座5的Y波导凹槽中，将Z轴2×2耦合器7用硅橡胶粘接于Z轴光纤环底座5的耦合器凹槽中。将Z轴光纤环8的两端尾纤与Z轴Y波导6输出端的两根尾纤进行熔接，将Z轴Y波导6输入端尾纤与Z轴2×2耦合器7的一个输出端尾纤进行熔接，用熔点保护保护套管与紫外胶对所有光纤熔点进行保护，将光纤尾纤整齐盘绕在Z轴光纤环底座5的盘纤处。
第三步：光纤环路组件与基座组装：将Y轴光纤环底座通过沉头螺钉固定于基座1底板，将Z轴光纤环底座通过沉头螺钉固定于基座1侧板。
第四步：所述光源组件组装：将1310nm保偏SLD光源16和光源板17用螺钉安装于光源底座15上，将光源16焊接于光源板17上。
第五步：所述信号接受组件组装：将两个PINFET探测器18、19焊接于两块主板电路板20、21上。
第六步：将光源16尾纤与1×2耦合器11输入端尾纤进行熔接，将Y轴2×2耦合器12输入端尾纤与Y轴探测器18尾纤进行熔接，将Z轴2×2耦合器7输入端尾纤与Z轴探测器19尾纤进行熔接，用熔点保护套管与紫外胶对所有光纤熔点进行保护，将光纤尾纤整齐盘绕在Y轴光纤环底座10和Z轴光纤环底座5的盘纤处。
第七步：将光源底座15通过沉头螺钉安装于Y轴光纤环底座10上。将下主板电路板20用铜柱22安装于光源底座15上。将Y轴Y波导13导线和光源板17导线焊接于下主板电路板20上，将上主板电路板21用螺母安装于铜柱22上。将Z轴Y波导6导线焊接于上主板电路板21上。可在光纤环底座上均匀设置三处安装光源底座的凸台；光源底座上均匀设置四处安装主板的凸台。
第八步：将外壳2用螺钉安装于基座1上，将顶盖3用螺钉安装于外壳2上。整体完成如图1所述图形安装完成。可在顶盖3的短边边缘中心处设置出线槽，基座在底面均匀设有四处用于安装双轴光纤陀螺仪的螺纹孔。
SLD光源16发出的光经过1×2耦合器11分为两束，再分别通过2×2耦合器7、12与Y波导6、13进入两个相互垂直的光纤环8、14，两个光纤环因Sagnac效应分别得到载体在Y轴与Z轴角速度的状态，通过Y波导6、13与2×2耦合器7、12将该信息分别反馈到两个PINFET探测器18、19中，PINFET探测器18、19将解调后的信息通过导线输出至计算机。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种利于光纤尾纤布置的小型双轴光纤陀螺仪，其特征在于，包括基座1、外壳2、顶盖3、光源组件、光纤环路和信号接受组件；
其中，所述光纤环路包括2组光纤环底座、磁屏蔽外壳、光纤环、Y波导和耦合器，分别对应于Y轴和Z轴；其中，光纤环粘接于光纤环底座背面；磁屏蔽外壳安装在光纤换底座正面，并粘接于光纤环上；Y波导和耦合器安装在光纤环底座正面预设的凹槽中，并位于磁屏蔽外壳内；Y轴光纤环路中包括1个1×2耦合器和1个2×2耦合器，Z轴光纤环路中包括1个2×2耦合器；Y轴光纤环路和Z轴光纤环路分别安装在基座1的底面和侧板；其中，Y轴光纤环14的两端尾纤分别与Y轴Y波导13输出端的两根尾纤熔接，Y轴Y波导13输入端尾纤与Y轴2×2耦合器12的一个输出端尾纤熔接，Y轴1×2耦合器11的一个输出端尾纤与Y轴2×2耦合器12的一个输入端尾纤熔接，将光纤尾纤盘绕在Y轴光纤环底座10的盘纤处；Z轴光纤环8的两端尾纤分别与Z轴Y波导6输出端的两根尾纤熔接，Z轴Y波导6输入端尾纤与Z轴2×2耦合器7的一个输出端尾纤熔接，将光纤尾纤整齐盘绕在Z轴光纤环底座5的盘纤处；
所述光源组件包括光源底座15以及安装在光源底座15上的光源板17和SLD光源16；所述光源底座15安装在Y轴光纤环底座10上；
所述信号接受组件包括2组主板电路板和PINFET探测器，分别对应于Y轴和Z轴；Y轴主板电路板用铜柱22安装于光源底座15上；Y轴Y波导13导线和光源板17导线焊接于Y轴主板电路板20上；Z轴主板电路板21安装于铜柱22上；Z轴Y波导6导线焊接于Z轴主板电路板21上；光源16尾纤与Y轴1×2耦合器11输入端尾纤进行熔接，Y轴2×2耦合器12输入端尾纤与Y轴探测器18尾纤熔接；Z轴2×2耦合器7输入端尾纤与Z轴探测器19尾纤熔接，将光纤尾纤盘绕在Y轴光纤环底座10和Z轴光纤环底座5的盘纤处。
2.如权利要求1所述的利于光纤尾纤布置的小型双轴光纤陀螺仪，其特征在于，所述光纤环采用环氧胶粘接在光纤环底座背面。
3.如权利要求1所述的利于光纤尾纤布置的小型双轴光纤陀螺仪，其特征在于，所述Y波导采用螺钉安装到光纤环底座的Y波导凹槽中。
4.如权利要求1所述的利于光纤尾纤布置的小型双轴光纤陀螺仪，其特征在于，所述耦合器采用硅橡胶粘接于光纤环底座的耦合器凹槽中。
5.如权利要求1所述的利于光纤尾纤布置的小型双轴光纤陀螺仪，其特征在于，采用熔点保护套管和紫外胶对所有光纤熔点进行保护。
6.如权利要求1所述的利于光纤尾纤布置的小型双轴光纤陀螺仪，其特征在于，所述光纤环底座上均匀设有便于光纤尾纤盘绕的挡板。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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